Bei der Inspektion von Halbleiterwafern steht die Reinheit der Reinraumumgebung in direktem Zusammenhang mit der Produktausbeute. Mit der zunehmenden Präzision der Chipherstellung steigen auch die Anforderungen an die Trägerplattformen von Detektionsgeräten. Granitplattformen haben aufgrund ihrer Eigenschaften wie der Null-Metallionen-Freisetzung und der geringen Partikelbelastung herkömmliche Edelstahlmaterialien übertroffen und sind zur bevorzugten Lösung für Waferinspektionsgeräte geworden.
Granit ist ein natürliches magmatisches Gestein, das hauptsächlich aus nichtmetallischen Mineralien wie Quarz, Feldspat und Glimmer besteht. Diese Eigenschaft verleiht ihm den Vorteil, dass keine Metallionen freigesetzt werden. Im Gegensatz dazu neigt Edelstahl, eine Legierung aus Metallen wie Eisen, Chrom und Nickel, aufgrund der Erosion durch Wasserdampf und saure oder alkalische Gase in einer Reinraumumgebung zu elektrochemischer Korrosion an seiner Oberfläche. Dies führt zur Abscheidung von Metallionen wie Fe²⁺ und Cr³⁺. Sobald sich diese winzigen Ionen an der Oberfläche des Wafers festsetzen, verändern sie die elektrischen Eigenschaften des Halbleitermaterials in nachfolgenden Prozessen wie Photolithografie und Ätzen, verursachen eine Drift der Schwellenspannung des Transistors und können sogar Kurzschlüsse im Schaltkreis verursachen. Testdaten professioneller Institute zeigen, dass die Freisetzung von Metallionen unter der Nachweisgrenze (< 0,1 ppb) lag, nachdem die Granitplattform 1000 Stunden lang einer simulierten Reinraumtemperatur und -feuchtigkeit (23 ± 0,5 °C, 45 % ± 5 % relative Luftfeuchtigkeit) ausgesetzt war. Die Defektrate von Wafern durch Metallionenverunreinigungen bei Verwendung von Edelstahlplattformen kann bis zu 15 % bis 20 % betragen.
Auch in Bezug auf die Kontrolle der Partikelkontamination schneiden Granitplattformen außergewöhnlich gut ab. Reinräume stellen extrem hohe Anforderungen an die Konzentration von Schwebeteilchen in der Luft. In Reinräumen der ISO-Klasse 1 beispielsweise ist die Anzahl von 0,1 μm großen Partikeln pro Kubikmeter auf 10 begrenzt. Selbst wenn die Edelstahlplattform poliert wurde, können aufgrund äußerer Einflüsse wie Gerätevibrationen und Bedienung durch Personal Metallabrieb oder sich ablösende Oxidschichten entstehen, die den optischen Detektionspfad stören oder die Oberfläche des Wafers zerkratzen können. Granitplattformen mit ihrer dichten Mineralstruktur (Dichte ≥ 2,7 g/cm³) und hohen Härte (6–7 auf der Mohs-Skala) neigen bei langfristiger Nutzung weder zu Verschleiß noch zu Brüchen. Messungen zeigen, dass sie die Konzentration von Schwebeteilchen in der Luft im Bereich der Detektionsgeräte im Vergleich zu Edelstahlplattformen um mehr als 40 % reduzieren können, wodurch die Reinraumstandards effektiv eingehalten werden.
Neben ihren sauberen Eigenschaften übertrifft die Gesamtleistung von Granitplattformen die von Edelstahl deutlich. In Bezug auf die thermische Stabilität beträgt ihr Wärmeausdehnungskoeffizient nur (4–8) × 10⁻⁶/℃, weniger als die Hälfte des Wertes von Edelstahl (ca. 17 × 10⁻⁶/℃). Dadurch kann die Positioniergenauigkeit der Detektionsgeräte bei Temperaturschwankungen im Reinraum besser gewährleistet werden. Die hohe Dämpfungseigenschaft (Dämpfungsverhältnis > 0,05) kann die Vibrationen des Geräts schnell dämpfen und ein Wackeln der Detektionssonde verhindern. Dank ihrer natürlichen Korrosionsbeständigkeit bleibt sie auch bei Kontakt mit Fotolacklösungsmitteln, Ätzgasen und anderen Chemikalien stabil, ohne dass eine zusätzliche Schutzbeschichtung erforderlich ist.
Granitplattformen werden derzeit häufig in modernen Wafer-Produktionsanlagen eingesetzt. Daten zeigen, dass sich durch den Einsatz der Granitplattform die Fehleinschätzungsrate bei der Partikelerkennung auf der Waferoberfläche um 60 % verringert, der Kalibrierungszyklus der Geräte um das Dreifache verlängert und die Gesamtproduktionskosten um 25 % gesenkt wurden. Da die Halbleiterindustrie immer präziser wird, werden Granitplattformen mit ihren Kernvorteilen wie der Null-Metallionen-Freisetzung und der geringen Partikelbelastung weiterhin eine stabile und zuverlässige Unterstützung für die Waferinspektion bieten und so zu einem wichtigen Motor für den Fortschritt der Branche werden.
Veröffentlichungszeit: 20. Mai 2025